CN208608992U - 一种无线遥控水下机器人系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种无线遥控水下机器人系统，包括：水面控制平台、无线水声通信系统和水声遥控机器人，所述水面控制平台和水声遥控机器人分别与所述无线水声通信系统进行通信连接；所述无线水声通信系统包括第一组水声通信机，所述第一组水声通信机包括至少一个安装于所述水声遥控机器人上的水声通信机。本实用新型提供的技术方案通过对水下机器人进行实时控制，更加方便的处理水下作业以及应对各种突发状况，水声遥控机器人自身对一些需要调整的姿态或者遇到障碍物的情况进行处理，提高水声遥控机器人的工作能力，同时将水声遥控机器人和水下环境的参数反馈到水面控制平台进行实时监控。
Description
技术领域
本实用新型涉及水下通信领域，尤其涉及一种无线遥控水下机器人系统。
背景技术
水下机器人是自动执行任务的机器装备，可以代替人类探寻大海深处的宝藏和奥秘。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动，它的任务是协助或取代人类进行水下作业。水下机器人作为人类探索和开发海洋的工具，将在海洋这一领域发挥重要的作用。水下机器人的研究和广泛应用对于充分利用自然资源，发展国民经济具有十分重要的现实意义。水下机器人在世界范围内的应用领域已经不断扩大，如海洋研究、科学考察、海洋开发和水下工程等。
现有的带缆遥控水下机器人(Remotely Operated Vehicle，简称 ROV)在进行石油开采平台等水下检修时，需要母船携带脐带电缆作业。在实际应用中普遍存在以下问题:受制于动力执行单元的数量与布局，机器人运动形式单一完成某些特定高难度任务时缺乏运动灵活性；操作人员仅通过摄像头来观察水下环境，对机器人的当前工作状态信息了解不足，检测效果也欠佳。而且ROV的工作母船每天耗费成本极高，效率低下，成为了海洋石油勘探、开采、海底管线维护的瓶颈。
而传统的自主水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle，简称AUV)虽然没有连接电缆，但AUV的操作往往是预先设定好作业流程并写入到AUV的控制芯片之中，无法灵活应对各种不同的工作场景，难以及时的应对各种突发情况以及程序设定之外的操作，也无法对水下情况进行实时监测。
因此，需要提供一种无线遥控水下机器人系统来解决现有技术的不足。
实用新型内容
为了解决现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种无线遥控水下机器人系统，进行实时操作与监测，更加方便的处理水下作业以及应对各种突发状况。
一种无线遥控水下机器人系统，包括：水面控制平台、无线水声通信系统和水声遥控机器人，所述水面控制平台和水声遥控机器人分别与所述无线水声通信系统进行通信连接；
所述无线水声通信系统包括第一组水声通信机，所述第一组水声通信机包括至少一个安装于所述水声遥控机器人上的水声通信机。
进一步的，所述第一组水声通信机包括至少一个安装于所述水面控制平台上的水声通信机。
进一步的，所述无线水声通信系统还可以包括水底通信基站，所述水底通信基站与所述水面控制平台通过缆线通信连接；所述第一组水声通信机还包括至少一个安装于所述水面控制平台或水底通信基站上的水声通信机。
进一步的，所述无线水声通信系统还可以包括分布于水中的第二组水声通信机，所述第二组水声通信机中的任一水声通信机与所述第一组水声通信机中的至少一个水声通信机通信连接。
进一步的，所述水面控制平台包括主控单元、数据中心、通信单元和人机交互设备，所述通信单元分别与所述主控单元、数据中心连接，所述人机交互设备分别与所述主控单元和数据中心连接，人机交互设备输入接口分别与主控单元和数据中心相连接，接收主控单元和数据中心发送的数据并展示。
进一步的，所述水声遥控机器人包括：机器人本身的主控单元和机器人搭载设备，所述机器人搭载设备包括传感器和水声通信机，
所述主控单元的输入接口与所述传感器相连接；
所述主控单元的通信接口与所述水声通信机连接。
进一步的，所述传感器包括：摄像头、成像声呐、加速计、陀螺仪、多普勒速度计和/或温度压力传感器等。
进一步的，所述水声遥控机器人还包括：故障检测器，所述故障检测器与所述主控单元连接。
进一步的，所述水声遥控机器人还包括：定位器，所述定位器与所述主控单元连接。
与最接近的现有技术相比本技术方案的有益效果是：
本实用新型提供的技术方案采用水面控制平台和水声遥控机器人分别与所述无线水声通信系统进行通信连接的方式，所述无线水声通信系统可以是点对点无线水声通信系统、多点组网无线水声通信系统或者在有线的基础上扩展的无线水声通信系统，使得水面控制平台可以与水声遥控机器人实时无线通信。所述无线水声通信系统采用多种网络形式，可以使水声遥控机器人工作于各种不同的水下场景中，应用范围更广阔。
本实用新型提供的技术方案通过对水下机器人进行实时控制，更加方便的处理水下作业以及应对各种突发状况，水声遥控机器人自身对一些需要调整的姿态或者遇到障碍物的情况进行处理，防止水下通信状况不良的时候，无法根据用户指令进行控制，提高水声遥控机器人的工作能力，同时将水声遥控机器人和水下环境的参数反馈到水面控制平台进行实时监控。
附图说明
图1是本实用新型整体结构示意图；
图2是本实用新型详细结构示意图；
图3是本实用新型水下点对点无线通信网络结构示意图；
图4是本实用新型水下多跳中继无线通信网络结构示意图；
图5是本实用新型水下有有线海缆时的无线通信网络结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1所示为本实用新型整体结构示意图，一种无线遥控水下机器人系统，包括：水面控制平台1、无线水声通信系统2和水声遥控机器人3，水面控制平台1和水声遥控机器人3分别与无线水声通信系统2进行通信连接。
如图2所示为本实用新型详细结构示意图，一种无线遥控水下机器人系统具体包括如下结构。
可选的，无线水声通信系统包括第一组水声通信机，第一组水声通信机包括至少一个安装于所述水声遥控机器人上的水声通信机 2-2-2。水声通信机是水下用来进行无线声通信的装置，可将数据调制成声信号发送出去，或者用来将接收到的声信号解调后并解析出数据。采用水声通信机可在水面控制平台1与水声遥控机器人3之间实现水声通信，而水声通信是目前为止水下进行远距离无线通信的唯一可行的通信方式。
可选的，第一组水声通信机包括至少一个安装于水面控制平台上的水声通信机2-2-1。
可选的，无线水声通信系统还包括水底通信基站2-3，水底通信基站2-3与水面控制平台1通过缆线通信2-1连接；第一组水声通信机还包括至少一个安装于水面控制平台1或水底通信基站2-3上的水声通信机2-2-3。
可选的，无线水声通信系统还包括分布于水中的第二组水声通信机，第二组水声通信机中的任一水声通信机与第一组水声通信机中的至少一个水声通信机通信连接。
其中，水面控制平台1通过无线水声通信系统2接收水声遥控机器人3发送的监测数据，并通过无线水声通信系统2发送控制信号给水声遥控机器人3。
可选的，水面控制平台1包括：主控单元1-2、数据中心1-4、通信单元1-3和人机交互设备1-1，通信单元1-3分别与主控单元1-2、数据中心1-4连接，主控单元1-2用于对水声遥控机器人3进行控制，数据中心1-4用于对水声遥控机器人3收集的数据进行存储与分析；
人机交互设备1-1的输入接口分别与主控单元1-2和数据中心1-4 连接，接收主控单元1-2和数据中心1-4发送的数据并展示；人机交互设备1-1接收用户输入的操作信息，接收主控单元1-2发送的控制信号并展示，接收数据中心1-4发送的数据结果并展示。
水面控制平台1主要实现分析、融合多元/多源数据；对水声遥控机器人3作业场景的准实时性呈现；对水声遥控机器人3实现“人在回路”的智能控制等功能。
其中，水声遥控机器人3包括：机器人本身的主控单元3-2、机器人搭载设备3-1，机器人搭载设备3-1包括传感器和水声通信机 2-2-2，主控单元3-2的输入接口与传感器相连接；主控单元3-2的通信接口与水声通信机连接。
优选的，主控单元3-2，具体用于，根据接收到的任务指令规划航行轨迹；根据水声遥控机器人3的位置和航行轨迹确定水声遥控机器人3的航向角、航速和航行深度；根据水声遥控机器人3的航向角、航速和航行深度生成相对应的控制指令，进而来控制水声遥控机器人 3的航行。将水声遥控机器人3三维路径航行问题转换为水声遥控机器人航向、航速以及深度的控制，方便处理器进行规划，提高数据处理效率。主控单元3-2还用于根据水声遥控机器人3的姿态信息对水声遥控机器人3的姿态进行调整。及时调整水声遥控机器人3的姿态，避免因水声遥控机器人3的姿态变化，导致航向错误与既定目标点偏离。
传感器包括：摄像头、成像声呐、加速计、陀螺仪、多普勒速度计和/或温度压力传感器等。分别用于获取多源信息包括的水下环境图像数据、水下环境声呐图像数据和水声遥控机器人3的加速度信息、姿态信息、速度信息、温度值和所承受的压力值及其他的海洋环境信息。获取水声遥控机器人3自身和周围的各项环境参数，方便系统跟根据水声遥控机器人3自身和周围的各项环境参数进行各项控制。
优选的，水声遥控机器人3还包括：故障检测器，故障检测器与主控单元3-2连接。用于检测水声遥控机器人3是否出现油气泄漏或水声遥控机器人航行轨迹是否错误；当水声遥控机器人3出现油气泄漏或水声遥控机器人航行轨迹错误时，向主控单元3-2上报故障信息。水声遥控机器人3一般采用石化燃料进行供能，由于水下环境复杂，水声遥控机器人3在水下进行航行时，容易发生各种意外，采用故障检测器实时检测水声遥控机器人3是否出现故障问题，并实时上报，保证水声遥控机器人的安全性。同时还需记录所有数据、监测所有设备的故障状态并进行应急处理。
优选的，水声遥控机器人3还包括：定位器，定位器与主控单元 3-2连接。
优选的，定位器，用于当控制平台通过无线水声通信网络向水声遥控机器人发送任务指令时，根据无线水声通信网络的水声通信节点进行水声通信时间同步和水声定位。在水下环境中，传统的定位器难以使用，本发明采用水声通信节点计算水声遥控机器人3的位置，实现水声定位，并根据数据接收时间进行时间同步，保证水声遥控机器人3实时确认自身位置和指令时间同步，保证水声遥控机器人3完成水下探测任务。
如图3所示，为点对点无线通信网络结构示意图，无线水声通信系统包括：两个水声通信机，水面控制平台上1的水声通信机2-2-1 分别与通信接口和通信系统连接，来接收水声遥控机器人发送的监测数据并上传给水面控制平台1，水声遥控机器人3上搭载的水声通信机2-2-2用来接收水面控制平台1发送的控制信号并传给水声遥控机器人3。
如图4所示，为多跳中继无线通信网络结构示意图。无线水声通信系统包括：水下无线通信局域网4，水下无线通信局域网4包括多个水声通信机，多个水声通信机间相互连接。
如图5所示，为水下有有线海缆时的无线通信网络结构示意图。无线水声通信系统包括：通过有线海缆2-1-1与通信接口连接的水底通信基站2-3、水声遥控机器人3；两个水声通信机分别设置于水底通信基站上和水声遥控机器人3上。
上述实施例提供一种水下通信网络：水面控制平台1与水底通信基站2-3间通过缆线连接进行有线通信，水底通信基站2-3与水声遥控机器人3间通过水声进行无线通信，这种有线通信与无线通信相结合的方式，提高数据传输的效率，实现水声遥控机器人与水面控制平台的交互。
上述实施例中提供的水下通信系统，主要由水底通信基站实现，海底基站搭载有水声通信节点，具有与水面控制平台1和水声遥控机器人3之间双向通信中继能力，通过有线海缆连接至水面控制平台1 进行有线通信，通过水声通信机与水声遥控机器人进行无线水声通信。
上述实施例中，将水声遥控机器人3实时获取的信息发送回水面控制平台1进行显示，工作人员可以根据水面控制平台1显示的信息再次发送控制指令进行控制，提高水声遥控机器人3工作效率。水面控制平台1集成水下常驻水声遥控机器人3高效数据处理系统、面向智能水底监控的多源异构数据融合与呈现系统和基于“人在回路”的系统规划与控制系统。“人在回路”指：操作员在经过第一次指令输入后，仍有机会进行第二次或不间断的指令更正；而且通过对水声遥控机器人3整个作业过程的监控、管理和数据后处理等功能，进行水声遥控机器人3的远程遥操作，精细化探查目标点。对于复杂疑似故障源，采取人工干预，通过水面控制台1实施水声遥控机器人3的遥操作，通过远程操控水声遥控机器人3进行多角度和多方位巡查，确定故障源方位和故障程度。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种无线遥控水下机器人系统，其特征在于，包括：水面控制平台、无线水声通信系统和水声遥控机器人，所述水面控制平台和水声遥控机器人分别与所述无线水声通信系统进行通信连接；
所述无线水声通信系统包括第一组水声通信机，所述第一组水声通信机包括至少一个安装于所述水声遥控机器人上的水声通信机。
2.根据权利要求1所述的无线遥控水下机器人系统，其特征在于，所述第一组水声通信机包括至少一个安装于所述水面控制平台上的水声通信机。
3.根据权利要求1所述的无线遥控水下机器人系统，其特征在于，所述无线水声通信系统还包括水底通信基站，所述水底通信基站与所述水面控制平台通过缆线通信连接；所述第一组水声通信机还包括至少一个安装于所述水面控制平台或水底通信基站上的水声通信机。
4.根据权利要求2或3所述的无线遥控水下机器人系统，其特征在于，所述无线水声通信系统还包括分布于水中的第二组水声通信机，所述第二组水声通信机中的任一水声通信机与所述第一组水声通信机中的至少一个水声通信机通信连接。
5.根据权利要求1所述的无线遥控水下机器人系统，其特征在于，所述水面控制平台包括主控单元、数据中心、通信单元和人机交互设备，所述通信单元分别与所述主控单元、数据中心连接，所述人机交互设备分别与所述主控单元和数据中心连接，人机交互设备输入接口分别与主控单元和数据中心相连接，接收主控单元和数据中心发送的数据并展示。
6.根据权利要求1所述的无线遥控水下机器人系统，其特征在于，所述水声遥控机器人包括：机器人本身的主控单元和机器人搭载设备，所述机器人搭载设备包括传感器和水声通信机，
所述主控单元的输入接口与所述传感器相连接；
所述主控单元的通信接口与所述水声通信机连接。
7.根据权利要求6所述的无线遥控水下机器人系统，其特征在于，所述传感器包括：摄像头、成像声呐、加速计、陀螺仪、多普勒速度计和/或温度压力传感器。
8.根据权利要求6所述的无线遥控水下机器人系统，其特征在于，所述水声遥控机器人还包括：故障检测器，所述故障检测器与所述主控单元连接。
9.根据权利要求6所述的无线遥控水下机器人系统，其特征在于，所述水声遥控机器人还包括：定位器，所述定位器与所述主控单元连接。
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| CN201821050375.9U CN208608992U (zh) | 2018-07-03 | 2018-07-03 | 一种无线遥控水下机器人系统 |
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2018
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